辐射传热
由于电磁波的发射而产生的热传递称为热辐射。
辐射传热主要以电磁波的形式发生在红外区域。物体发出的辐射是其组成分子热搅动的结果。辐射换热可以参考“黑体”.
黑体
黑体被定义为吸收所有落在其表面的辐射的物体。真正的黑体在自然界中并不存在——尽管它的特征近似于一个充满高吸收物质的盒子上的一个洞。这种黑体的发射光谱最早由马克斯·普朗克完整描述。
黑体是一种假想的物体,它完全吸收入射到它上面的所有波长的热辐射。这样的天体不反射光,因此如果它们的温度低到不能自我发光,就会呈现黑色。所有被加热到一定温度的黑体都会发出热辐射。
单位时间内a的辐射能量黑体正比于的四次方绝对温度可以用斯蒂芬玻尔兹曼定律作为
q = σ T4一个(1)
在哪里
问=单位时间传热(W)
σ= 5.67038(W /米2K4) - - -的斯蒂芬玻尔兹曼常数
T绝对温度,单位为开尔文(K)
一个=发射体面积(m2)
帝制单位中的斯特凡-玻尔兹曼常数
σ= 5.67038(W /米2K4)
= 1.7149(Btu/(h ft .2oR4) )
= 1.19 10-11年(Btu/(h in2 oR4) )
例子-太阳表面的热辐射
如果太阳的表面温度是5800 K假设太阳是一个黑体,单位面积的辐射能可以通过修正来表示(1)来
q / A = σ T4
= (5.6703十8W / m2K4) (5800 k)4
=6.42十7(W /米2)
灰体和发射系数
对于理想的黑色物体(“灰色物体”)以外的物体斯蒂芬玻尔兹曼定律可以表示为
q = ε σ T4一个(2)
在哪里
ε=物体的发射率系数(黑体为1 - 1 -)
对于灰色体,入射辐射(也称为辐照)部分被反射、吸收或透射。
发射率系数在范围内0 <ε< 1,这取决于材料的类型和表面的温度。
- 氧化铁390oF (199oC) >ε= 0.64
- 抛光铜One hundred.oF (38oC) >ε= 0.03
- 一些常见材料的发射率系数
净辐射损失率
如果一个热物体向其较冷的环境辐射能量,净辐射热损失率可以表示为
q = ε σ (Th4- Tc4)h(3)
在哪里
Th=热体绝对温度(K)
Tc=冷环境绝对温度(K)
一个h=热物体的面积(m2)
从受热表面到未受热环境的平均辐射温度的热损失如下图所示。
辐射传热计算器
这个计算器是基于方程的(3)并可用于计算从温暖的物体到较冷的环境的热辐射。
注意,输入温度的单位是摄氏度。
ε-发射率系数
th-物体的热温度(oC)
tc-环境低温(oC)
一个c-物体面积(m2)
兰伯特余弦定律
表面以一定角度发出的热量β可以用兰伯特余弦定律表示为
问β= q cos β (4)
在哪里
问β= β角热量释放
Q =从表面散发的热量
β =角